3.1.2　黑色素的形成与生物学作用

（1）黑色素细胞　医学解剖学将人体皮肤分为三层：表皮、真皮和皮下组织。皮肤中除含有皮肤附属器（毛发、毛囊、皮脂腺、汗腺及指趾甲等）外，还含有丰富的血管、淋巴管和神经。在显微镜下观察，皮肤是由多种形态各异的细胞组成，它们的生理功能各不相同。皮肤的表皮由两大类细胞组成：一类是角质形成细胞即角朊细胞，角朊细胞在向角质细胞演变过程中形成基底层、棘细胞层、颗粒层和角质层（在手掌和足跖，角质层和颗粒层之间还有透明层）四个层；另一类是树枝状细胞，黑色素细胞是树枝状细胞的一种。黑色素细胞分化自胚胎组织。在胚胎发育的第8周和第11周之间，形成不定形的黑色素细胞——并向表层迁移，最终在表层定型，存在于皮肤、视网膜和毛囊部位。黑色素细胞是一种高度分化的细胞，其细胞浆内有一种负责黑色素体内合成的特殊细胞器——黑素小体。该细胞镶嵌于表皮基底层细胞之间，平均每10个基底细胞中有1个黑色素细胞，其分布随部位而不同。每个黑色素细胞与周围的约36个角朊细胞构成一个结构和功能单位，被称为表皮黑色素单位，该单位协同完成黑素的合成、转输和降解工作。黑色素细胞产生黑色素，传递给周围的角朊细胞，停留在这些角朊细胞的细胞核中，防止染色体的光辐射损伤。皮肤的颜色来自于角朊细胞内存储的黑色素。研究表明皮肤及头发的颜色并非取决于黑色素细胞的数量，而是取决于黑素小体的数量、大小、分布及黑素化程度。人体的正常与健康的肤色是黑色素合成与代谢平衡的结果。

（2）黑色素的生物学作用　对于人类而言，黑色素是防止紫外线对皮肤损伤的主要屏障。黑色素能吸收大部分紫外线，从而保护或减轻由于日光照射而引起的皮肤急性或慢性损伤。含黑色素较少的皮肤，通常容易发生日光性晒伤，长期日晒后容易发生各种慢性皮肤损伤，严重者甚至引发癌变。研究显示，基底细胞癌、鳞状细胞癌和黑色素瘤等肿瘤在白种人中的发病率远高于黑种人。

黑色素还能保护体内叶酸和类似的重要物质的光分解。黑色素合成可增加人在炎热气候下的热负荷，黑种人吸收阳光中的热能比白种人所吸收的热能多30%。但是黑色素的形成会妨碍皮肤中维生素D的合成，因此在营养不良的黑种人儿童中佝偻病更为常见。

（3）黑色素的产生　黑色素为高分子生物色素，主要由两种醌型的聚合物组成，分别是真黑素和褐黑素。其中真黑素是皮肤中色素的最为重要的组成成分。皮肤中黑色素的形成过程包括黑色素细胞的迁移、分裂、成熟、黑素小体的形成、黑色素颗粒的转运以及黑色素的排泄等一系列生化过程。

黑色素细胞中黑色素的合成过程主要通过以下过程实现（图3-1）：①在酪氨酸酶的催化作用及氧化物质的参与下，酪氨酸被氧化为多巴醌；②多巴醌进一步氧化为多巴和多巴色素，多巴是酪氨酸酶底物，它被催化重新生成多巴醌；③多巴色素在互变酶的催化下转变为5,6-二羟基吲哚（DHI）和5,6-二羟基吲哚羧酸（DHICA），并在各自的氧化酶作用下氧化生成真黑素；④在此过程中，多巴醌与半胱氨酸或谷胱甘肽反应，生成半胱氨酰多巴，进而转变为黑色素的另外一种组成褐黑素，目前关于褐黑素在皮肤中的功能尚无文献报道。

从生物化学的角度来看，黑色素的形成必须有基本原料酪氨酸，以及“三酶”“一素”“一基”共同完成。“三酶”主要是酪氨酸酶、多巴色素互变酶、DHICA氧化酶。酪氨酸酶属于氧化还原酶，是黑色素形成的主要限速酶，因此其活性大小决定了黑色素形成的数量多少。多巴色素互变酶又称酪氨酸酶相关蛋白，主要调节DHICA的生成速率，主要影响黑色素分子的大小、结构和种类。DHICA氧化酶是酪氨酸酶同源的糖蛋白，除了参与黑色素的代谢，还影响黑色素细胞的生长和死亡。“一素”指内皮素，又称血管收缩肽，存在于血管内壁，受雌激素和紫外线的影响。“一基”指氧自由基，广义上包括带有未配对电子的原子、离子或功能基。在正常生物代谢过程中，机体会不断产生氧自由基。氧自由基可被细胞内防御系统快速清除，因此无细胞损害。当机体暴露于电离子辐射、环境污染、放射性物质等外部诱导因素下，细胞内氧自由基大量生成，并分布于细胞膜和线粒体内。由于其具有高度活泼性，氧自由基可以与细胞内的各种物质发生反应，影响细胞的正常状态。在皮肤结构中，氧自由基可与结缔组织中的胶原蛋白作用，导致共韧性降低引起皱纹，并参与黑色素形成的氧化过程，造成色素沉积。